简单易懂的汽车设计知识：汽车电控系统简述

　　如今的汽车行业，在新的洁净能源没有大规模开发之前，电动汽车在很长一段时间内都将是新能源汽车的主流，对于电动汽车设计来说，除了需要了解普通汽车设计所涉及的结构、力学等要点之外，还需要了解更多的电子相关系统设计。今天华锐欣程就为大家分享一些汽关于汽车电控系统的讯息，来自学点儿汽车设计的专家为大家简单而且形象的阐述了这些知识。

　　一、 电控系统的功能

　　如果可以，我们不妨把汽车想象成一种动物，甚至是人，虽然它的性能无法跟任何一种生物相比，但是某些结构却有相似之处。这里仅仅说说电控系统，它就如同动物身上的神经系统。不管是哪种动物，从宏观和功能上来看其神经系统的功能都是相似的，如果不追究细枝末节的差异，那么理论上完全可以一概而论。在这里不妨用这种思路，来说说汽车的电控系统。其实无论是电动汽车的电控系统，还是汽油机、柴油机汽车的电控系统，其原理都是相近的，之间最大的差异莫过于动力传动的控制。因为本文不关注细节，所以在这里可以忽略不计。

　　还是用我们最熟悉的人体作对比吧。人体除了肌肉、骨骼，还有神经系统，外界的任何感受，都会通过神经系统不断向大脑进行反馈，大脑也会随时做出判断和决策。神经系统对人体来说至关重要，它的任何一点点小问题，都将导致人体的某些功能受到损害甚至丧失。用这种思维来看汽车就容易很多了，汽车除了钢铁骨架，还有电子控制系统，它的作用与人体的神经系统相似。外界的所有重要信息，都是通过电子控制系统来传输和处理的。

　　人体的神经系统是通过大脑来控制的，这个系统相当于车辆上的电子控制单元(ECU)。人体有一条神经输出的总干线，叫“脊柱”，里面的神经元叫“脊髓”，外面包裹一层可以自由灵活扭动的脊骨做保护。对应到汽车上，就是汽车的主线束，主线束的最里面是金属导线，通常为铜线，铜线的外面是一层薄薄的橡胶绝缘护套，二者组成了主线束。线束的外面同样需要一层柔韧的保护套，叫作线束护套。主线束后面会有各种分支线束，比如到达空调、灯具，仪表，车窗等等，就像人体的神经末梢，负责感知和控制具体操作，称作传感器和执行器，如下图所示：

　　所以汽车电控系统的功能，就是感知外界的信息，并对外界信息进行及时有效的分析处理，保证汽车良好的性能。

　　二、电控系统的组成结构

　　汽车电子控制系统基本都是由传感器、电子控制器(ECU，也有的叫CPU或VCU)和执行器三大模块组成的。传感器用于感知外部的环境变化，并把这种信息随时传给控制中心ECU，ECU根据反馈的信息做出判断，并发送相关的指令给执行器去实施。

　　可以如此想象一个画面：在一个战火纷飞的战场，不断有情报员跑道指挥部，报告前线的战况，这就相当于传感器的在不断感知外界的环境状况，并传达给ECU。指挥部接到战况后，赶紧进行分析判断，确定战略措施，这就是ECU在汽车上的职责。接下来再把这些方案迅速传递到一线战场，一线战士随即开始部署实施，在汽车上这是执行器要做的工作。沿着这条思路，电控系统的真实面目好像立刻清晰了很多。

　　然而，事实远没有这么简单!不妨按照上面的思路，想象一下战争的规模，如果仅仅是点对点的一场战争，那么指挥起来要容易的多;然而，如果是多个战场同时作战，只设立一个指挥部，那么情况就复杂的多了。面对纷杂的战况，面对大量的信息，如何及时、准确的处理就成了一个大的问题。这就是汽车电控系统面对的状况。汽车行驶的时候，有很多信息需要随时处理，有动力系统的信息，比如电池、电机、动力传动、巡航等，也有底盘方面的信息，比如制动、转向、悬架等，还有灯光和安全方面的信息等等，这些信息都会被随时反馈，需要及时处理，不得有半点延迟和失误，否则就会造成故障甚至是事故。这就要求每个环都必须准确无误：传感器传递的信息准确，ECU做出的判断正确，执行器的工作精准，这样才能保证整个系统的良好运行状态。因此除了要求各元器件保证质量可靠之外，还要保证信息输入和输出过程中及时、通畅、精准、可靠。这就引出另一个重要概念：CAN总线技术。

　　三、CAN总线介绍

　　信息的传递如何才能准确高效呢?还是回到前面的作战现场：早期的战场，一个个传令兵穿梭于前线和指挥部之间，如果中途不幸发生意外(这种状况在战场上随时可能发生)，那么信息就会中断，战机就会被延误。后来有了电话，这种情况有了大大的改善。如今都是无线通讯技术，这种传递效率和准确性更是发生了飞跃性的发展。汽车上也是如此，早期的汽车智能化较低，需要传输的信息较少，可能很少的几根线束就够用了。随着智能化的飞速发展，汽车上的电子元器件越来越多，每一个电子元件都需要通过线束相连接，这就导致线束的队伍越来越庞大，除了成本的大幅度增加、重量增加外，还给整车布置带来很大的麻烦，并且存在巨大的隐患，可能外力的一次偶然介入就会造成信息的中断。为了减少线束，科研人员经过多年的研究和试验，开发了CAN总线技术。

　　CAN总线技术的发展与计算机硬件、软件及集成电路的发展是密切相关的。工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。当前汽车上最常用的CAN(Controller Area Network)总线技术，是德国BOSCH公司在20世纪80年代初，为解决汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种数据通信协议。它是一种多主总线结构，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。由于CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性,因而得到了业界的广泛认同和运用，并通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，正式成为国际标准和行业标准，被誉为“最有前途的现场总线”之一。

　　总线技术不但减少了线束，降低了成本，而且为后期的维修和扩展提供了很大的便利。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。所以CAN总线是局部成网，区域互联，多种总线并存，如下图：

　　总线是传输信号和信息的公共路径，可以在总线上发出信息的叫总线主设备，不能发出信息，只能对信息进行接收和查询的叫总线从设备，对总线进行控制的叫控制信号，管理主、从设备的一套规则称为“总线协议”。总线协议要解决的问题主要有三方面：哪些信息需要传递?如何传递?传递的速度及先后顺序如何分配?

　　汽车上的信息繁多，需求各异。比如制动、行驶类的信号，需要传输速度快，并且要有优先权，需要高速网段来完成;而娱乐系统，仪表显示等，需要传输速度不太高，不需优先处理，保证画面清晰就行了，所以中速网段就够了;而车门、空调、座椅、车灯等，既不不需要那么高的传输速递，也不用优先考虑，通常采用低速网段。总线协议就是用来协调这些相关事宜的。协议的制订是通过计算机的程序来实现的，而这些程序的基础便是万能的数学知识。